[发明专利]用于具有浮动的参考导体的IT配电系统的保护系统

说明书

发明领域

本发明涉及保护系统，并且特别是涉及用于具有浮动的参考导体的IT配电系统的保护系统。

本发明的实施方式特别为一种用于具有浮动的参考导体和至少两个电导体的、用于提供来自源的电力的IT配电系统的保护系统而开发，并且本文中将参考该应用来描述。然而将认识到，本发明不限于这样的使用领域，并且可适用在更广的背景下。

背景

贯穿本说明书对背景技术的任何讨论绝不应被视为承认该技术是广泛已知的，或者形成了本领域中公知常识的一部分。

在电能被分配给家用设施和工业设施的超过一百年的时间里，存在安全的持续的发展和改进。最初，由配电系统(EDS)所造成的主要安全危险是火灾。随着配电系统的发展，分配电压也有所升高，并且触电死亡和电击的危险——特别是在使用AC电压时——成为了另一个主要的关注重点。

在所有的工业化国家中的配电系统，并且特别是低压(LV)网络和家用设施出于安全原因都是接地的。这种“接地”的意图是允许使用电保护设备作为配电系统的一部分，以便防止遭受电击和触电死亡。电保护设备提供了“电保护”，其在LV网络中需要执行两个主要功能：

·防止与通电的带电导体直接或间接接触的人员的触电死亡或严重的电击。

·在由配电系统所供电的设备的任何电绝缘失败之后，防止：对电设备的损害；以及可能的着火。

给定上述情况，已经在上个世纪开发出各种接地系统。国际公认的三种主要类型的接地系统是：

·TT系统：其中T指示了一点到地的直接连接。也就是说，“地-地”的系统。

·TN系统：其中T指示了一点到地的直接连接；而N指示中性点。也就是说，“地-中性点”的系统。

·IT系统：其中T指示了一点到地的直接连接；而I指示与地隔离的所有带电部分。也就是说，“与地隔离”的系统。

对具有接地连接的这些电源系统的更加详细的描述能够可在IEC 60364-1：005标准中找到。

在本说明书中，术语“IT系统”或“IT网络”可互换地使用，除非对于上下文清楚地指示有相反情况的任何给定情况，上述术语指的是用于配电系统的接地方法或者使用该接地方法的配电系统。在本说明书中所做出的对信息技术系统或网络的提及使用缩写“IT&T系统”或者“IT&T网络”。

在许多工业化国家中，TN系统被广泛使用。接地路径或暴露的导电部件通过连接到配电中性点而被补充。这被称为多接地中性系统，或者更通常地被称为MEN系统。该系统利用了供电工具中性(supply utility neutral)来改进，也就是降低接地路径电阻。在电设施上所包括的接地桩(earth stake)连接到在设施开关板处的工具中性点，并且该工具中性点也沿着其到子站变压器的路径以规律的间隔连接到地。在TN系统中，设施接地的完整性依赖于接地桩的可靠连接。

在TN系统中的绝缘故障转变成短路故障，并且该故障必须通过预先安装的保护设备得以消除。所使用的一般保护设备是剩余电流设备(RCD)。

虽然在TN系统中人员和设备安全保护的新式方法是使用在源(供电工具)和负载(家用设施)之间的低电阻接地连接，在配电系统和设施内不同位置处的通常大的接地电阻变化为人员和设备提供了不同的保护水平。在一些情况下，比如当接地桩是干燥的沙质土壤或者沙石时，普通土块(mass of earth)可具有固有地高的电阻，这将固有地或不被期望地增加接地电阻。

TN(或MEN)网络通常被认为是用于将来自生产源的电力传送至消费点的廉价并且可靠的机构。然而，这些网络不是没有风险的。例如，甚至在密度相对较低的人口聚集地比如澳大利亚，每年都有数十人死于触电。还有一些情况是，在涉及爆炸物或其他挥发性的材料的某些军事和矿业设施中禁止TN系统，这是由于这样的网络所造成的爆炸的风险。由于有极高的故障电流，当故障发生时TN网络也是易受影响的，从而引发火灾损失或者其他热损失。在环境方面，TN网络产生了比其他网络更多的电噪声，这主要是由于所生成的谐波。通常来说，3次谐波是最有问题，并且证明缓和或消除起来非常昂贵。由澳大利亚对TN网络的经验所产生的证据指示电故障促成了：

·全部建筑物火灾的10％。

·1000人因电击而入院。

·10,000次电器的损失和破坏。

TN系统中最常见的有两种类型的故障。这两种故障类型是故障电流路径在有源导体和地之间的“接地故障”。这两个类型是：